Množení virů je naprosto odlišné od rozmnožování ostatních tzv. buněčných organizmů. Zatímco buňka má vlastní enzymatický aparát, který ji umožňuje metabolizmus, proteosyntézu či replikaci, virus řadu těchto enzymů postrádá a využívá aparátu hostitelské buňky. Nicméně není pravda, že virion je pouze nukleová kyselina v proteinové kapsidě. Existuje řada enzymů, bez kterých se virus neobejde, sám si je kóduje a sám si je do hostitelské buňky i přinese. Řeč je například o reverzní transkriptáze či RNA dependentní RNA polymeráze (RdRp).

Pakliže odhlédneme od detailů typických pro každou virovou rodinu a soustředíme se na problémy, které musejí obecně viry překonat, aby se mohly rozmnožit, můžeme tyto problémy shrnout do následujícího sledu na sebe navazujících fází.

1. Fáze přichycení a průniku – Viry musí být schopny nalézt svou hostitelskou buňku, navázat se na její povrch (adsorpce) a dostat se dovnitř (penetrace). Kontakt viru a hostitelské buňky mají na svědomí povrchové molekuly (například spike protein), které se naváží na nějaký povrchový receptor napadené buňky. Adsorpce zpravidla vede k pohlcení viru buňkou.

2. Fáze svlékání – V cytoplazmě hostitelské buňky dojde k rozložení kapsidy a uvolnění jejího obsahu.

3. Fáze replikace – Viry musí namnožit svoji nukleovou kyselinu, a také všechny důležité proteiny (kapsomery a enzymy). Toto období, reprodukce viru, je nejdůležitějším obdobím v životě viru. V tuto chvíli, mimo jiné, dochází k vývoji (evoluci) viru.

4. Fáze zrání – Posléze musí dojít k sestavení virionů z kapsidových bílkovin (kapsomer) a genomových nukleových kyselin. Tomuto procesu se říká zrání neboli maturace.

5. Fáze uvolnění – Ve finále musí viry opustit svou hostitelskou buňku. K tomu může dojít lyzí hostitelské buňky, což způsobí její smrt, popřípadě pučením přes hostitelskou membránu. V tomto případě buňka přežívá.

Řada virů, jedná se hlavně o RNA viry, translatuje celou svou nukleovou kyselinu do jediného polypeptidu. Jedná se o dlouhý proteinový řetězec seskládaný ze všech virových proteinů pospojovaných za sebou. Tento polypeptid musí být rozstřihán speciálním enzymem. Rodině těchto enzymů se říká virové proteázy. Tyto viry se bez virových proteáz neobejdou a z toho důvodu jsou virové proteázy častým terčem léčebných metod.

Některé viry v hostitelských buňkách vytvářejí tzv. virové továrny. Jsou to v mikroskopu viditelné okrsky, kde dochází k výrobě virových bílkovin, k sestavování kapsidy… S virovými továrnami se setkáváme u velikých virů, jako je třeba Poxvirus (původce pravých neštovic), či girus (obří virus, např Pandoravirus).

V následujícím textu probereme rozmnožování pouze některých virových rodin a upozorníme na zajímavé momenty. Rozmnožování ostatních virů ponecháme na zvídavosti a entuziazmu laskavého čtenáře.

Rozmnožování bakteriofágů (I. skupina)

Nejen člověka může postihnout virové onemocnění. Také bakterie mají své viry, kterým se říká bakteriofágy. Kdybychom doslovně přeložili toto slovo, získali bychom žrouta bakterií. Bakteriofág se od ostatních virů výrazně liší svojí stavbou, která je zpravidla o něco složitější. Souvisí to s komplikovanější cestou do nitra hostitelské bakterie neschopné fagocytózy a opatřené pevnou buněčnou stěnou.

Z obrázku je patrné, že je z jedné strany k ikozahedrální kapsidě připojen kontraktilní bičík (nemá nic společného s bičíkem, jako pohybovým aparátem) a z druhé strany bičíku trčí vlákna. Vlákna zajistí adsorpci, přichytí se k povrchovým strukturám bakterie a následně dojde k penetraci. Bičík se kontrahuje, přičemž prorazí buněčnou stěnu i cytoplazmatickou membránu. Následně je dutinou bičíku „injikována“ virová DNA do buňky. Bakteriofágy jsou až na výjimky dsDNA viry, takže patří do I. skupiny Baltimorovy klasifikace.

Bakteriofágy můžeme rozdělit do dvou rodin s odlišnými životními strategiemi (viz obrázek). Pakliže virus patří mezi virulentní fágy, je jeho strategií lytický cyklus. V tomto případě se podle virové DNA začnou okamžitě vyrábět nové kopie viru a je-li buňka viry již přeplněna, praskne a viry se uvolní do okolního prostředí, kde napadnou další bakterie. Vzhledem k tomu, že se bakterie rozmnožují v rámci desítek minut, jsou na tom fágy podobně. Tato rychlost je obzvlášť dobře patrná v mořském prostředí, kde se obrovské bakteriální populace dokáží zhroutit během hodin.

Druhou možností je lyzogenní cyklus. V tomto případě je virová DNA integrována do bakteriálního chromozomu a podobně jako v případě retrovirů je děděna do dalších generací bakterie. Virové DNA včleněné do bakteriálního chromozomu se říká profág. Uvnitř bakterie funguje jako časovaná bomba, protože se za jistých okolností může aktivovat. Zpravidla se jedná o stres bakteriální populace. Stres může být teplotní, osmotický, nutriční… Profág se z bakteriálního chromozomu se vystřihne a virus přejde do lytického cyklu, který bakterii zahubí. Bakteriofágům s touto životní strategií říkáme temperované (mírné) fágy. Tyto mírné fágy měly také na svědomí první nezdary fágové terapie (viz kapitola Léčba bakteriofágy). V té době (30. léta 20. století) totiž nikdo neměl o existenci virulentních a mírných bakteriofágů ani tušení.

Rozmnožování jednovláknových RNA virů (IV. a V. skupina)

U jednovláknových RNA (ssRNA) virů je užitečné, zopakovat si celou proteosyntézu. To, aby bylo jasné, jak vzniká molekula mRNA, podle které budou translatovány virové proteiny. V Medavarově klasifikaci si povšimněte, že existují RNA viry pozitivní (+) a negativní (-). Pozitivní RNA se dá rovnou použít jako mRNA, kdežto negativní RNA musí být nejprve přepsána do komplementární pozitivní (+) formy, která má jako jediná funkci mRNA. Tato (+)RNA využije ribozomů hostitelské buňky k výrobě virových proteinů, které se samouspořádají do virových kapsid. V kapsidě ale schází nukleová kyselina.

Zde se další vývoj u jednotlivých RNA virů liší. (+)RNA virus může svou RNA rovnou využít jako mRNA na ribozomu. Chce-li ale dostat do velkého množství právě vytvořených kapsid svou (+)RNA, nezbývá mu, než podle komplementarity vytvořit (-)RNA kopii a podle ní opět přepsat komplementární RNA vlákno, v tomto případě to bude již požadovaná (+)RNA, která se může zabudovat do vznikajících kapsid.

U (-)RNA virů je nutné rovnou vytvořit (+) vlákno, aby mohlo dojít k translaci za vzniku kapsidových bílkovin. Podle těchto (+)RNA vláken může být vytvořeno komplementární (-)RNA vlákno, které bude zabudováno do kapsidy při maturaci (zrání) virů.

Další typickou vlastností RNA virů je přítomnost polymerázy, která se normálně v eukaryotických buňkách nevyskytuje, a proto si ji musí virus přinést s sebou. Jedná se o RNA dependentní RNA polymerázu (RdRp). Jedná se o polymerázu, která podle RNA předlohy dokáže nasyntetizovat komplementární RNA vlákno. Tento enzym si posléze musí také odnést s sebou. Při skládání virionu se do kapsidy musí dostat nejen správné RNA vlákno, ale i virová polymeráza.

Tyto dvě skupiny virů jsou velmi rozšířeny mezi eukaryoty včetně člověka. Patří sem asi nejvíce lidských virových onemocnění.

Rozmnožování retrovirů (VI. skupina)

Rozmnožování retrovirů je nesmírně zajímavé nejen co se týká složitosti životního cyklu viru, ale i historie retrovirového výzkumu. S jejich výzkumem a léčbou jsou spojena dvě světoznámá česká jména. Jedná se o Jana Svobodu (1934 – 2017), který jako jeden z prvních na světě rozpoznal úlohu reverzní transkripce a Antonína Holého (1936 – 2012), jenž vyrobil zatím nejlepší lék pro pacienty nakažené virem HIV.

Jan Svoboda byl jednou z nejvýznamnějších figur retrovirologie 60. a 70. let 20. století. Bohužel v rámci komunistické normalizace byl začátkem 70. let odstaven ze svých pozic a byly přetrhány kontakty s okolním světem. Předpokládá se, že právě normalizace způsobila, že jeho západní kolegové (D. Baltimor, R. Dulbecc a H. Temin) získali v roce 1976 Nobelovu cenu, přičemž Jan Svoboda tuto skutečnost mohl akorát smutně pozorovat zpoza železné opony. Po pádu komunizmu v roce 1989 se opět vrátil na výsluní světové virologie.

Antonín Holý měl o něco větší štěstí. Jeho život se profesně protnul se dvěma dalšími muži. Jednalo se o lékaře Erika De Clercqa (*1941) a amerického chemika a podnikatele Johna Martina (1941 – 2021), zakladatele firmy Gilead Sciences. Jejich spolupráce vyústila v komerční výrobu doposud nejlepšího léku pro HIV pozitivní pacienty – Tenofovir.

V souvislosti s retroviry, přesněji s virem HIV je bezprostředně spojeno ještě jedno československé jméno. Jedná se o Mikuláše Popoviče (*1941 Mukačevo dnes Ukrajina), který ve Washingtonu v roce 1983 jako první izoloval původce choroby AIDS – virus HIV. Asi moc nepřekvapí, že Mikuláš Popovič byl žákem Jana Svobody.

Rozmnožování retrovirů si ukážeme na příkladu viru HIV (Human Immunodeficiency Virus). Retroviry jsou RNA viry, nicméně v kapsidě mají kromě nukleové kyseliny navíc ještě dva nezbytné enzymy – reverzní transkriptázu a integrázu. Reverzní transkriptáza uvnitř hostitelské buňky přepíše virovou RNA do molekuly ssDNA (DNA polymeráza hostitelské buňky posléze doplní druhé vlákno). Enzym integráza následně virovou DNA náhodně vloží (integruje) do nějakého chromozomu v jádře hostitelské buňky. Od této chvíle se virová DNA množí společně s hostitelskou buňkou. Retrovirovou DNA budou mít všechny její dceřiné buňky. Této integrované virové DNA se říká provirus. Podle virové DNA se vytvářejí veškeré důležité virové proteiny a samozřejmě také virová RNA. Všechny tyto části se v cytoplazmě samouspořádají a nové viry pučí přes cytoplazmatickou membránu za vzniku obalu.

Hostitelskou buňkou viru HIV je především Th lymfocyt, nutný pro správné fungování lidského imunitního systému. Průběh nákazy je dlouhodobý, v jehož průběhu klesá počet Th lymfocytů a imunitní systém nedokáže adekvátně odpovídat na další infekce. Nákaza končí zhroucením imunitního systému a propuknutím choroby AIDS (Acquired Immune Deficiency Syndrome – syndrom získaného selhání imunity). Pacienta vlastně nezabije virus HIV, ale jiný patogen. Ten způsobí nákazu, které již imunitní systém nedokáže zabránit.

Shrnutí

Všechny viry bez výjimky jsou vnitrobuněční parazité. Jejich rozmnožování proto vykazuje několik společných fází. Jedná se o: přichycení, průnik, svlékání, replikaci, zrání a uvolnění. Každá virová skupina si tyto fáze řeší po svém a i v rámci jedné skupiny se potkáváme s velkou variabilitou. Některé viry si s sebou nosí vlastní enzymy nutné k jejich rozmnožování. Velice zajímavé je stádium profága u bakteriofágů a proviru u retrovirů.